Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungen ... · Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungen – Bemessungsansätze und Ausführungshinweise Ulrich

Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungen –Bemessungsansätze und Ausführungshinweise

Ulrich StockLandesamt für Umwelt, Gesundheit und

VerbraucherschutzBrandenburg

Dr.-Ing. Ulrich Stock: Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungen - Bemessungsansätze und Ausführungshinweise

29. Fachtagung Die sichere Deponie - Sicherung von Deponien und Altlasten mit Kunststoffen (2013). SKZ ConSem GmbH in Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis Grundwasserschutz e. V. Berlin. www.akgws.de

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Definition, Anforderungen der Deponieverordnung

Definition der Wasserhaushaltsschicht

Eine Wasserhaushaltsschicht ist eine besondere Form derRekultivierungsschicht. Sie soll aufgrund des Zusammenwirkensdes Wasserspeichervermögens des Bodens und der Verdunstungsleistung des Bewuchses die Durchsickerung inhohem Maße mindern.

(nach BQS 7.2)



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Anforderungen an Wasserhaushaltsschichtennach Deponieverordnung Anhang 1 Nr. 2.3.1.1

- Mindestmächtigkeit 1,50 m- nutzbare Feldkapazität von 220 mm, bezogen auf die Gesamtmächtigkeit - Im 5jährigen Mittel darf die Durchsickerung höchstens 10% vom langjährigen Mittel des Niederschlags (in der Regel 30 Jahre), höchstens60 mm pro Jahr, spätestens 5 Jahre nach der Herstellung betragen.

Ausnahme:

Die zuständige Behörde kann … bei niederschlagsarmen Standorten (weniger als 600 mm pro Jahr) Abweichungen von der nutzbaren Feldkapazität … zulassen, wenn nachgewiesen wird, dass einegleichwertige Dicht- und Schutzwirkung erreicht wird.



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Mischung aus Materialparameter (Mächtigkeit, nutzbare Feldkapazität) und Leistungsparameter (Durchsickerung als Maßstab für die „Dicht-und Schutzwirkung“) maßgebend für die Dimensionierung wird meist die Erfüllung der

Anforderung an die Durchsickerung sein

unterschiedliche Anwendung des Terminus „nutzbare Feldkapazität“ in klassischer Bodenkunde und Deponieverordnung

- Bodenkunde: Angabe bezogen auf eine Bodenhöhe oder als Vol-%, Anforderung DepV entspricht 147 mm/m oder 14,7 %

- Deponieverordnung: Angabe bezogen auf die Gesamtmächtigkeit imSinne der „nutzbaren Feldkapazität des effektiven Wurzelraums“ die Anforderung an die nutzbare Feldkapazität (DepV) kann theoretisch

auch durch Erhöhung der Mächtigkeit erfüllt werden, z.B. nFK = 11 %, d = 2,00 m (aber keine Auswirkung auf Durchsickerung, wenn der Bewuchs nicht entsprechend angepaßt wird)



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Ersatz von Abdichtungskomponenten in Oberflächenabdichtungs-systemen durch Wasserhaushaltsschichten

Deponieklasse I:Deponieverordnung, Anhang 1, Fußnote 5 zu Tabelle 2

„Anstelle der Abdichtungskomponente, der Entwässerungsschicht und der Rekultivierungsschicht kann eine als Wasserhaushaltsschicht aus-geführte Rekultivierungsschicht zugelassen werden, wenn abweichend von den Anforderungen nach 2.3.1.1 Ziffer 3 der Durchfluss durch die Wasserhaushaltsschicht im fünfjährigen Mittel nicht mehr als 20 mm/Jahr spätestens 5 Jahre nach Herstellung beträgt.“



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zu beachten:Deponieverordnung Anhang 1 Nr. 2.3, Satz 4:

Wird das Oberflächenabdichtungssystem ohne eine Konvektions-sperre hergestellt, ist bei Deponien der Klasse I, II oder III ein Kontrollfeld von wenigstens 300 Quadratmetern Größe an reprä-sentativer Stelle im Oberflächenabdichtungssystem einzurichten, mit dem der Durchfluss durch das Oberflächenabdichtungssystem bestimmt werden kann. Das Kontrollfeld ist bis zum Ende der Nachsorgephase zu betreiben.



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Deponieklasse II:Deponieverordnung, Anhang 1, Fußnote 6 zu Tabelle 2

Anstelle der zweiten Abdichtungskomponente und der Rekultivierungs-schicht kann eine als Wasserhaushaltsschicht nach Nummer 2.3.1.1 bemessene …

( Im 5jährigen Mittel Durchsickerung höchstens 10% vom langjährigen Mittel des Niederschlags, höchstens 60 mm pro Jahr, spätestens 5 Jahre nach der Herstellung)

… Rekultivierungsschicht eingebaut werden.



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zu beachten:

… gilt bei Deponien oder Deponieabschnitten, auf denen Hausmüll, hausmüllähnliche Gewerbeabfälle, Klärschlämme und andere Abfälle mit hohen organischen Anteilen abgelagertworden sind, mit der Maßgabe, daß der Deponiebetreiber Maßnahmen nach § 25 Absatz 4 zur Beschleunigung biologischer Abbau-prozesse und zur Verbesserung des Langzeitverhaltensnachweislich erfolgreich durchführt oder durchgeführt hat.



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„im fünfjährigen Mittel … spätestens 5 Jahre nach Herstellung“

gemeint ist: Die Ermittlung des 5jährigen Mittels muss spätestens im 6. Jahr nachHerstellung begonnen werden und spätestens im 10. Jahr nach Herstellung abgeschlossen sein(siehe dazu BR-Drucksache 230/1/11, Begründung zu den Anträgen 38 und 40).

- im 5jährigen Mittel, weil keine Wasserhaushaltsschicht die Anforderungen in jedem Jahr einhalten kann

- „Karenzzeit“ von 5 Jahren, weil der Bewuchs eine gewisse Zeit benötigt, um sich voll zu entwickeln und seine volle Verdunstungsleistung zu entfalten

Bei Beendigung der Baumaßnahme kann die Erfüllung der Anforderungen an die Materialparameter, nicht jedoch die Erfüllung der Anforderungen an den Durchfluss geprüft werden.



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Können Wasserhaushaltsschichten die Anforderungen der Deponieverordnung einhalten? Wasserhaushaltsschichten können die Anforderungen nach Deponiever-ordnung Nr. 2.3.1.1 einhalten, wenn die meteorologischen Rahmenbe-dingungen stimmen (Standorte mit Niederschlägen 600 … 650 mm/a Ostdeutschland, Rheinpfalz, Hessen, Nordbayern)Die Anforderungen an die DK I sind nur unter sehr günstigen Umständeneinzuhalten. 1)

1) Fachgespräch „Wasserhaushaltsschichten im Deponiebau“25.11.2009 in Potsdam (Internetseite „Leipziger-Deponiefachtagungen.de“,Publikationen)Fachgespräch zur Vorbereitung des BQS 7.218.08.2010 in Hildesheim (interne Unterlagen der LAGA-AG „Deponie-technik“)



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Die Feststellungen beruhen aber in erster Linie auf den Ergebnissen von Wasserhaushaltssimulationen.

Testfelder/Lysimeter, die zum Nachweis der Einhaltung der Anforderungen der Deponieverordnung errichtet wurden, gibt es nur sehr wenige (DUNGER,MÜLLER; MELCHIOR et.al.).

Die Ergebnisse der Testfelder auf der Deponie Deetz lassen jedoch die Bewertung zu, daß die Einschätzung aus den Fachgesprächen zutreffend war.(MELCHIOR, STEINERT; RAABE „Ergebnisse zur Wirksamkeit ausgewählter Oberflächenabdichtungssysteme der Versuchsfelder der MEAB auf der Deponie Deetz“. 21. Nürnberger Deponieseminar, 2010) siehe folgende Folie



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Tabelle 2: Jahressummen der Wasserhaushaltsjahre 2003/04 bis 2008/09

N VersickerungWHS I

Versickerung WHS II

VersickerungReku-schicht

Jahr mm/a mm/a % von N mm/a % von N mm/a % von N

2003/04 528 146 28 89 17 123 23

2004/05 579 44 8 36 6 91 16

2005/06 653 43 7 41 6 107 16

2006/07 592 36 6 29 5 154 26

2007/08 941 61 7 86 9 261 28

2008/09 590 46 8 48 8 141 24



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langjähriges Niederschlagsmittel Deetz (DWD-Station Potsdam):590 mm/a

5jähriges Mittel 2004/05 – 2008/09 Wasserhaushaltsschicht I:46 mm/a entspricht 7,8 % des langjährigen Mittels

5jähriges Mittel 2004/05 – 2008/09 Wasserhaushaltsschicht II:48 mm/a entspricht 8,1 % des langjährigen Mittels

Anforderung an Wasserhaushaltsschicht erfüllt Ersatz einer Abdichtungskomponente in einer OFA

- der DK II: zulässig- der DK I : nicht zulässig



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Wie ist das Konzept „Wasserhaushaltsschicht“ im Kontext mitanderen Abdichtungstechnologien zu bewerten?

Wasserhaushaltsschichten sind sehr nachhaltig wirkende System-elemente. Sie behalten ihre volle Wirksamkeit auch dann noch, wenn alle anderen Abdichtungselemente (Kunststoffdichtungsbahn, mine-ralische Dichtungsschicht) ihre Wirksamkeit verloren haben. 1)

Wie später zu sehen sein wird, ist die Errichtung einer Wasserhaushalts-schicht mit einem erheblichen Ausführungsrisiko verbunden, welches dadurch entsteht, daß - die Erreichung der aus der Dimensionierung abgeleiteten Bodenpara-

meter sich in der Praxis schwierig darstellen kann- zum Zeitpunkt der Bauabnahme die Erreichung der Wirksamkeit der

Wasserhaushaltsschicht nicht nachgewiesen werden kann.

Das Ausführungsrisiko läßt sich durch gutachterlich begleitete Suche nach geeigneten Böden im Vorfeld der Baumaßnahme minimieren.



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Die bundeseinheitlich zu gewährleistenden Qualitätsstandards

Deponieverordnung, Anhang 1 Nr. 2.1.2

Für … den Einsatz von natürlichem, ggf. vergütetem Boden- und Gesteins-material aus der Umgebung sowie von Abfällen definieren die Länder Prüfkriterien und legen Anforderungen an den fachgerechten Einbau sowiean das Qualitätsmanagement in bundeseinheitlichen Qualitätsstandards fest.

Bundeseinheitlicher Qualitätsstandard BQS 7.2„Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungssystemen“vom 20.10.2011 (LAGA-online.de, Informationen)



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Dimensionierung der Wasserhaushaltsschicht

Soll eine Wasserhaushaltsschicht eine Abdichtungskomponente in einemOberflächenabdichtungssystem ersetzen, ist sie so zu dimensionieren, dass sie die Anforderungen der Deponieverordnung erfüllt.Im einem abfallrechtlichen Verfahren muß der Antragsteller darüber einen Nachweis führen. Dazu stehen dem Antragsteller grundsätzlich 2 Möglichkeiten zurVerfügung:

- die Simulation des Wasserhaushalts durch Wasserhaushaltsmodelle- die Bestimmung der Durchsickerung in Versuchsfeldern.

Beide Verfahren können auch in Kombination miteinander angewendet werden.

In der Regel wird die Wasserhaushaltssimulation das Mittel der Wahl sein.Testfelder stehen nur in geringer Anzahl zur Verfügung, der Nachweis überneue Testfelder benötigt mehrere Jahre.



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Anforderungen an Wasserhaushaltsmodelle

Wasserhaushaltsmodelle müssen folgende Anforderungen erfüllen:

- Dokumentation der fachwissenschaftlichen Grundlagen der Wasserhaushaltsmodellierung,

- hinreichende Validierung für den Anwendungsfall „Rekultivierungs- / Wasserhaushaltsschichten von Deponien“,

- Verfügbarkeit der Eingabedaten,- Handhabbarkeit sowie geeignete Benutzerunterstützung und- Verfügbarkeit des Modells für Prüfungen der Nachweisführung.

Es dürfen nur solche Wasserhaushaltsmodelle verwendet werden, für diedie Einhaltung der vorgenannten Anforderungen gegenüber der LAGA-ad-hoc-AG „Deponietechnik“ nachgewiesen und deren Originalversion bei der LAGA Ad-hoc-AG „Deponietechnik“ hinterlegt wurde.



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- in Deutschland angewendete Modelle:HELP (neueste Version: 3.90), BOWAHALD. (Das Ingenieurbüro pedotec verwendet das Modell HELP in eineradaptierten Variante.)(Literatur: BERGER, DUNGER, MARKWARDT, GDA 2-30)

- Anforderungen des BQS 7.2 an Wasserhaushaltsmodelle sind modellunabhängig formuliert.

- Für die Modelle HELP 3.90 und BOWAHALD haben die Autoren Anträge auf Eignungsprüfung bei der LAGA-ad-hoc-AG „Deponietechnik“ gestellt und die Originalversionen hinterlegt.

- Die LAGA-ad-hoc-AG „Deponietechnik“ prüft gegenwärtig die Validierung der Modelle



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Sind Wasserhaushaltsmodelle für die Führung des Eignungs-nachweises von Wasserhaushaltsschichten ausreichend validiert?

Die genannten Modelle liefern für Grasvegetation plausible und durch zahlreiche Testfelder validierte Ergebnisse. Für HELP liegt darüber hinauseine umfangreiche Validierungsstudie vor. Für Grasvegetation können beide Modelle als gut validiert gelten.1)

Die Wasserhaushaltsmodelle liefern keine tagesaktuell genauen Werte. Für Monats- und erst recht für Jahressummenwerte lassen sich aber rechtgute Übereinstimmungen zwischen Modellierung und Testfeld

feststellen.1)

Wegen der modellhaften Betrachtungen sind die Berechnungsergebnisseder Wasserhaushaltsmodelle mit gewissen Unsicherheiten behaftet. Dieseschränken die Brauchbarkeit der Wasserhaushaltsmodelle nicht ein, sindjedoch bei der gutachterlichen Bewertung zu berücksichtigen.1)



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Die Verdunstungsleistung des höheren Bewuchses wird tendenziell unter-schätzt, insbesondere die von dichten Gehölzbeständen und von Nadel-gehölzen. Die Verdunstung durch höheren Bewuchs kann durch Anwen-dung von monatsvariablen Bestandsfaktoren KC berücksichtigt werden. Da bisher noch keine belastbaren KC-Faktoren für höheren Bewuchs vorliegen, wird deren Anwendung nur empfohlen, wenn der KC-Faktor amPrüf-/Einsatzstandort in einem Feldversuch ermittelt worden ist.1)

Die Feststellung der Experten während der Fachgespräche sind durch Veröffentlichungen belegt (hier insbesondere DUNGER) und können als Arbeitshypothese gelten, auf deren Grundlage die Anwendung der Wasserhaushaltsmodelle empfohlen wird.

Zur Verifizierung der Arbeitshypothese prüft die LAGA-ad-hoc-AG die alsBeleg der Validierung eingereichten Unterlagen.



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Durchführung der Wasserhaushaltssimulation

bei Anwendung der Wasserhaushaltsmodelle zu beachten:

- Durchführung von Simulationsläufe in ausreichender Zahl zur Berücksichtigung modellbedingter Unsicherheiten(bei angenommener Unsicherheit von 10% und einem Zielwert der Durch-sickerung von 55 mm/a sollte die Simulation auch eine Durchsickerung von50 mm/a umfassen und die Festlegung der Materialparameter auf Basis einer gutachterlichen Bewertung erfolgen)

- Darstellung und fachliche Bewertung der Unsicherheiten der Simulationsergebnisse infolge der modellhaften Abbildung der Prozesse

- Variation der Eingangsparameter innerhalb der in der Realität zuerwartenden Schwankungsbreiten



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Möglichkeiten der Prüfung der Simulationsergebnisse

Hier bleibt der BQS 7.2 sehr kurz angebunden:

„Es wird empfohlen, die Eingangsparameter und die Simulationsergebnisseggf. unter Hinzuziehung von Sachverständigen auf Plausibilität zu prüfen.“

Was kann die misstrauische Behörde selbst tun?

- Anforderung sämtlicher Eingangs- und Ergebnisdatensätze- stichprobenweise Wiederholung einzelner Simulationsläufe - ggf. Abgleich der Simulationsläufe mit den bei der Unter-AG hinterlegten Originalversionen

- Prüfung der Eingangswerte auf Plausibilität



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persönliche Anmerkung:

Diese Empfehlungen (und die jetzt laufenden Prüfungen zur Validierung der Modelle) bezwecken nicht, Zweifel an der Seriositätder Wasserhaushaltssimulation zu streuen.

Das Ziel besteht vielmehr darin

- die Transparenz zu erhöhen- den Prüfenden mehr Sicherheit zu geben - die Akzeptanz der Wasserhaushaltsmodellierung und insgesamt des Konzeptes „Wasserhaushaltsschicht“ zu erhöhen



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Prüfung der Eingangswerte auf Plausibilität Meteorologische Daten, insbesondere Niederschlag

- repräsentative meteorologische Daten verwenden- vorzugsweise Daten der deponieeigenen meteorologischen Messstation

verwenden- alternativ (wenn nicht vorhanden, Datenqualität bzw. –quantität nicht

ausreichend, Messreihe zu kurz) auf Werte einer meteorologischen Messstation an einem vergleich-

baren Standort in der Umgebung zurückgreifen (Nachweis der Repräsentativität für den Standort erforderlich)

- Niederschlagsreihen in der Regel 30, mindestens aber 20 Jahre - Niederschlagswerte sollen so aktuell wie möglich sein und die standort-spezifische Bandbreite der Jahressummen abdecken feuchte und trockene Jahre einbeziehen

- Zeitdiskretisierung modellabhängig festlegen, in der Regel sind Niederschläge als Tagessummenwerte anzusetzen.



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Prüfung der Eingangswerte auf Plausibilität Vegetationsparameter, insb. Blattflächenindex, Durchwurzelungstiefe

- Werte müssen dem geplanten Bewuchs entsprechen (zu beachten: Verdunstungsleistung des höheren Bewuchses wird unterschätzt Anwendung von monatsvariablen Bestandsfaktoren KC, siehe oben)

- flächenhaft wirksame Durchwurzelungstiefe ansetzen (nicht: maximaleDurchwurzelungstiefe), abhängig von Bewuchs, Verdichtung des Bodens, Humusgehalt und der Bodenart

- Bodenbereich einbeziehen, aus dem Wasser kapillar zu den Wurzelnaufsteigen kann, abhängig von der Bodenart Konzept des effektiven Wurzelraumes nach SCHEFFER/SCHACHT-

SCHABEL



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Prüfung der Eingangswerte auf Plausibilität bodenkundliche Parameter, insbesondere nutzbare Feldkapazität

Werden für die Modellierung die Werte der Bodenkundlichen Kartieranleitung (KA5) herangezogen, sind sie aufgrund der durch den Einbau des Bodenmaterials eintretenden Störung im Bereich von 1 Vol-% bei Sand bis 4 Vol.-% bei Schluff abzumindern.



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Allgemeine Anforderungen an die Wasserhaushaltsschicht nach BQS 7.2

Die Wasserhaushaltsschicht soll aus zwei Lagen bestehen, dem humushaltigen Oberboden (Schichtdicke in der Regel 30 cm) und dem Unterboden, der wenig organische Substanz enthalten sollte.

Auf eine gesonderte Oberbodenlage kann verzichtet und die gesamteWasserhaushaltsschicht in einer Lage eingebaut werden, wenn die oberen 10 bis maximal 30 cm z. B. durch Einarbeiten von Qualitäts-kompost vergütet werden.

Schutz vor Frosteinwirkungen einer ggf. darunter folgenden frostempfindliche mineralische Abdichtungsschicht ist in anbetracht derMindestmächtigkeit von 1,50 m gewährleistet.



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Allgemeine Anforderungen an die Wasserhaushaltsschicht nach BQS 7.2

Die Mächtigkeit der Wasserhaushaltsschicht soll so groß bemessen werden, dass eine Durchwurzelung der Entwässerungsschicht und insbesondere der Abdichtungskomponenten vermieden wird.

Die Mindestdicke von 1,50 m kann zur Verhinderung der Durchwurzelung mineralischer Abdichtungskomponenten als oberster Abdichtungskompo-nente nicht ausreichend sein.

Möglichkeit der Beendigung der Nachsorgephase ???

Kombination Wasserhaushaltsschicht über KDB: keine Probleme mit der Durchwurzelung keine Notwendigkeit eines Kontrollfeldes nach Anhang 1 Nr. 2.3 DepV



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Umsetzung der Anforderungen annutzbare Feldkapazität und Luftkapazitätim BQS 7.2

Auswahl der Böden für Rekultivierungsschichten nach BQS 7.1



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bedingt anwendbar, wenn die Anforderungen an die Durchsickerung bei Erfüllung der Mindestvoraussetzungen an die Wasserhaushaltsschicht (nFK = 220 mm, D = 1,50 m) erreicht werden, nicht Bestandteil des BQS 7.2

Einsatz von Böden der Kategorie A: große Wahrscheinlichkeit, dass die Anforderungen an die nutzbare Feld-kapazität und die Luftkapazität bereits bei einer Dicke der Wasserhaus-haltsschicht von 1,50 m und Einbau mit geringer Dichte eingehalten werden

Einsatz von Böden der Kategorie B:geringere Wahrscheinlichkeit, …

Durch Mischen von nach der Abbildung ungeeigneter Böden untereinander oder mit Böden der Kategorien A bzw. B kann ein geeigneter Boden hergestellt werden. Zum Mischen können auch reine Sande (Ss) verwendet werden, reine Tone sind wegen ihrer schwierigen Aufbereitung für den Einsatz ungeeignet.



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Eignungs- und Qualitätsprüfungen

Die Durchführung der Eignungs- und Qualitätsprüfungen soll sicher-stellen, dass die der Dimensionierung zugrunde liegenden Materialpara-meter bei der Errichtung auch tatsächlich erreicht werden.

Eignungsprüfungen im LaborEignungsprüfungen im Großmaßstab (Probefeld)Qualitätsprüfungen während des Einbaus

Eigen- und Fremdprüfungen

bodenmechanische und bodenkundliche ParameterParameter zur Beschreibung des Nährstoffgehaltes des Bodens



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zentrale Frage:Bestimmung der nutzbaren Feldkapazität

- nur nach Bodenkundlicher Kartieranleitung KA5 aus Bodenart und Trockendichte

- oder auch laborativ gemäß DIN 11274 ??

Problem:- einerseits: KA5 gilt nur für ungestörte Böden- andererseits: Hinweise auf „realitätsferne“ Ergebnisse der

laborativen Bestimmung



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Ergebnis:Auf die Bestimmung der nutzbaren Feldkapazität im Labor kann nicht verzichtet werden.Dies gilt sowohl für die Eignungsprüfung als auch für die Qualitätsprüfungbeim Einbau.(nicht vergessen: Die Wasserhaushaltsschicht soll eine Abdichtungs-komponente ersetzen!)

Nutzbare Feldkapazität und Luftkapazität sind daher in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad im Laborversuch und aus der Korngrößen-analyse in Verbindung mit der Trockenrohdichte nach KA5 zu bestimmen und gemeinsam zu bewerten.



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Tabelle 1: Eignungsprüfung im Labor (Ausschnitt)Parameter Anforderung Probenanzahl Bemerkung

Korngrößenverteilung(Bodenart)

gemäß Bemessung mind. 3 Eine intensive bodenkundliche Begleitung der Suche nach geeigneten Böden ist dringend zu empfehlen.

Im Rahmen dieser Begleitung sollte die notwendige Probenanzahl gutachterlich festgelegt werden.

Zustandsgrößen/Konsistenz

bei bindigen Böden: halbfest, IC > 1bei schwachbindigen Böden: steif,IC > 0,75

mind. 3

Wassergehalt abhängig von der Bodenart mind. 3

Trockendichte / Verdichtungsgrad

gemäß Bemessung mind. 3

Proctorversuch zur Charakterisierung mind. 3

Durchlässigkeit,Infiltrationsvermögen

gemäß Bemessung mind. 3

Scherfestigkeit gemäß Standsicherheitsnachweis mind. 3

Luftkapazität LK > 8 Vol-% mind. 9 3 unterschiedliche Trockendichten,je 3 ProbenNutzbare

Feldkapazitätgemäß Bemessung, nFK > 220 mm,Bezogen auf Gesamtdicke der WHS

mind. 9



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Tabelle 2: Eignungsprüfung während der Bauausführung (Ausschnitt)Parameter Anforderung Probenanzahl Bemerkung

Korngrößenverteilung(Bodenart)

gemäß Bemessung je 5000 m2 Korngrößenvertei-lung, Proctordichte und Scherfestig-keit im Sinne einer Eingangskontrolle möglichst vor Einbau untersuchen

Bei mehrlagigem Einbau (z.B. Unterboden –Oberboden)Gilt der Untersu-chungsumfang für jede Lage

Zustandsgrößen/Konsistenz

bei bindigen Böden: halbfest, IC > 1bei schwachbindigen Böden: steif,IC > 0,75

je 5000 m2

Wassergehalt abhängig von der Bodenart je 5000 m2

Trockendichte / Verdichtungsgrad

gemäß Bemessung je 1000 m2 3

Proctorversuch zur Charakterisierung je 1000 m2

Durchlässigkeit,Infiltrationsvermögen

gemäß Bemessung je 5000 m2

Scherfestigkeit gemäß Standsicherheitsnachweis je 10000 m2

Luftkapazität LK > 8 Vol-% je 5000 m2

Nutzbare Feldkapazität

gemäß Bemessung, nFK > 220 mm,Bezogen auf Gesamtdicke der WHS

je 5000 m2



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Praxisbeispiele

Umsetzung des BQS 7.1 bei einer Deponie in Brandenburg:

Boden Sl3, Eignungsprüfung im Labor, Eigenüberwachung, 3 Labore, unterschiedliche Dichtestufen

DPr = 0,85 DPr = 0,90 DPr = 0,95Labor KA5 (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3)Rhos > 1,6 1,74 1,71 k.A. 1,85 1,81 k.A. 1,95 1,92 k.A.FK 25 23,2 19,4 26,8 22,2 20,1 27 23,2 21,1 27,5PWP 8 12,9 9,0 18,3 13,7 9,4 18,9 14,5 9,9 20,0nFK 17 10,3 10,4 8,5 8,6 10,8 9,4 8,7 11,2 7,5LK 10 11,2 16,1 8,1 11,7 3,1 6,4



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Praxisbeispiele

derselbe Boden Sl3, Eignungsprüfung im Labor und im Probefeld, Eigen- und Fremdüberwachung, 2 Labore, unterschiedliche Trockendichten

DPr = 0,85 DPr = 0,90 DPr = 0,95KA5 L (4) P (4) P (2) L (4) P (4) P (2) L (4) P (4) P (2)

Rhos > 1,6 1,67 1,62 1,79 1,77 1,88 1,91 1,91FK 25 18,5 22,2 19,2 24,3 20,2 22,5 23,3PWP 8 9,2 13,3 9,6 14,3 10,2 14,3 14,3nFK 17 9,3 8,9 9,6 10,0 10,0 8,2 9,0LK 10 21,6 17,1 18,6 9,0 13,4 5,9 5,6



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Praxisbeispiele

Feststellungen:

nFK liegt bei allen Laboren weit unterhalb der nach KA5 zu erwartenden nFK (teilweise nur 50%)

überwiegende Zahl der Messungen: FK im Bereich der zu erwartenden Größenordnung, PWP deutlich darüber

geringere Zahl der Messungen: PWP im Bereich der zu erwartenden Größenordnung, FK deutlich darunter

Weitere, vom Autor unsystematisch zusammengetragene Vergleiche zwischen Laboruntersuchungen und KA5-Ableitungen zeigen Diffe-renzen von wenigen bis 50 %, bezogen auf KA5(z.B. HENKEN-MELLIES: Testfelder des LfU Bayern)



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Praxisbeispiele

Ursachenforschung dringend erforderlich!!

Versuchsdurchführung, Einfluß unterschiedlicher Versuchsmethodik?Qualität der Laboruntersuchungen? Laborergebnisse zeigen recht einheitliches Bild

aber: auf einheitliche Versuchsdurchführung (PWP!) ist zu achten

als Ursache eher zu vermuten:- Angaben der KA5 für diesen Boden nicht zutreffend (KA5 berücksichtigtKornform, -rauhigkeit, Genese nicht)

- unsachgemäße Lagerung des Bodens über längere Zeit

LAU Sachsen-Anhalt plant Durchführung eines Forschungsvorhabens(dem Vernehmen nach beabsichtigt auch die Universität Rostock die Durchführung einer Arbeit zu dieser Thematik)



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Die nutzbare Feldkapazität und die Luftkapazität hängen von der Bodenart und der Trockendichte ab. Je geringer die Trockendichte beim Einbau, desto größer sind nutzbare Feldkapazität und Luftkapazität.

Ableitung einer Einbau-Trockendichte aus der Eignungsprüfung, die nicht überschritten werden darf

Anforderungen an die Gewinnung der Böden Hinweise für den Einbau

… mit dem Ziel eines möglichst lockeren Einbaus der Böden



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kontroverse Diskussion der Sinnhaftigkeit des lockeren Einbaus:

pro (Bodenkundler): lockerer Einbau- … erleichtert die Erfüllung der Anforderungen an die nutzbare Feldkapazität und an die Luftkapazität

- … begünstigt damit die schnelle Durchwurzelung und die rasche Erfüllung der Anforderung an die Durchsickerung

kontra (Bodenmechaniker): lockerer Einbau- … ist vergebene Liebesmüh, weil aufgrund Sackungen, unvermeidbarerÜberfahrten ohnehin eine Verdichtung stattfindet beim Einbau wird eine nutzbare Feldkapazität vorgegaukelt, die

langfristig nicht haltbar ist



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Praxisbeispiele

Boden Sl3, Versuchsfeld, Beprobungen in 2002 und 2006 (Deetz)

bei relativ hoher Einbaudichte leichte Verbesserung der nFK

KA5 200212 Pr.

2006(1)

2006(2)

2006(3)

Rhos > 1,6 1,75 –1,84

1,88 1,9 1,86

FK 25 25,0 27,8 28,0 29,9PWP 8 13,7 14,8 14,0 14,0

nFK 17 11,3 13,0 14,0 15,9LK 10 7,1 9,0 5,7 5,5



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Praxisbeispiele

Boden Sl4, Qualitätsprüfung während des Einbaus

Einbau im mittleren Dichtebereich ist realisierbar bei noch erheblichen Differenzen und tw. unplausiblen Werten

werden halbwegs passable Größenordnungen der nFK erreicht.

KA5 Pr. 1 Pr. 2 Pr. 3

RhoS < 1,4 1,4 – 1,6 1,39 1,52 1,54

FK 36 30 38,7 42,9 37,3

PWP 14 12 23,4 24,8 23,5

nFK 22 18 15,3 18,1 13,8

LK k.A. k.A k.A. k.A. k.A.



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Anforderungen an die Gewinnung der Böden

- Gewinnung und Zwischenlagerung der Bodenmaterialien so, dass Bodenverdichtungen vermieden werden

- Ober- und Unterboden sind getrennt abzubauen und zu lagern. - Lagerungshöhen begrenzen- Längere Zwischenlagerungen können zu Qualitätsminderungen führen, ggf. ist nach längerer Zwischenlagerung die Eignungsprüfung zu wiederholen.



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Hinweise für den Einbau der Böden

- Einbau durch Langarmbagger, Teleskopbagger oder Bandabsetzer, - Einsatz von Kettenfahrzeugen mit niedriger Bodenpressung (bis 15 kN/m2) wie z. B. Pistenbully oder Supermoorraupe,

- Eingebauter Boden darf nicht mit Gerät mit Flächenpressungen befahren werden, die zu schädlichen Verdichtungen führen können.

- Oberboden und Unterboden sollen jeweils getrennt und in einer Lage eingebaut werden

- Die Bodenmaterialien sollten trocken bis feucht (halbfest bis steif) und keinesfalls sehr feucht bis nass (weich bis breiig) bearbeitet werden. (Anforderungen an die Konsistenz in den Tabellen 1 und 2)



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Weitere Aspekte im Zusammenhang mit der Herstellung der Wasserhaushaltsschicht

Erosionsschutz

Die für die Herstellung von Wasserhaushaltsschichten besonders geeigneten Bodenmaterialien sind in der Regel erosionsanfällig. Daher sind insbesondere in Böschungsbereichen besondere

Erosionsschutzmaßnahmen erforderlich.

- Anspritzbegrünung,- Erosionsschutzmatten, - Einstreuen von Stroh im Anspritzverfahren, - Langstrohmulchung

(Empfehlung: Erosionsschutzmaßnahmen als gesonderte Positionausschreiben)



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Weitere Aspekte im Zusammenhang mit der Herstellung der Wasserhaushaltsschicht

Standsicherheit

Der lockere Einbau der Wasserhaushaltsschicht kann zu Problemen beim Nachweis der Standsicherheit der Wasserhaushaltsschicht führen. Der Einbauzustand ist daher besonders zu betrachten. Die Nachweisführung und die Art der Bestimmung der Scherparameter sollte deshalb vorab mit dem für die Prüfung des Standsicher-heitsnachweises Zuständigen abgestimmt werden.



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Abschlussbemerkungen

Das Konzept „Wasserhaushaltsschicht“ ist in der Vergangenheit belächelt und als vermeintliche Billigvariante angefeindet worden.

Das Konzept „Wasserhaushaltsschicht“ verdient eine objektive Betrachtungsweise. Es muß sich dem Vergleich mit anderen Dichtungs-technologien hinsichtlich Umweltschutzwirkung und Kosten stellen.

Ob Wasserhaushaltsschichten die Anforderungen der Deponieverordnung und des BQS 7.2 erfüllen können, müssen Ausführungsbeispiele zeigen.

Wenn nicht, sind Überlegungen legitim, ob das Konzept „Wasserhaus-haltsschicht“ als nachhaltige Sicherungsvariante so wertvoll und über-zeugend ist, dass vertretbare Konzessionen eingegangen werden können.

Außerhalb des Geltungsbereichs der Deponieverordnung können Wasser-haushaltsschichten als Sicherungsvariante angewendet werden, ohne die hohen Anforderungen der Deponieverordnung erfüllen zu müssen.



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Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungen ... · Wasserhaushaltsschichten in Deponieoberflächenabdichtungen – Bemessungsansätze und Ausführungshinweise Ulrich